JP4245900B2

JP4245900B2 - Method for manufacturing transfer mask and transfer mask substrate

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Publication number: JP4245900B2
Application number: JP2002321771A
Authority: JP
Inventors: 勲雨宮
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: DE10392658T5; TWI232495B; WO2004044967A1; US7465523B2; KR101015176B1; US20050175905A1; KR20050067106A; JP2004158579A; TW200415703A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子線等を用いたリソグラフィー技術に用いられる転写用マスクに関し、特に電子線を用いた半導体デバイス等の製造のためのリソグラフィー技術に用いるステンシルマスク等の転写用マスク基板、転写用マスクの製造方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配線パターン等を形成するためのリソグラフィー技術において、形成パターンが非常に微細化するに伴い、従来からの汎用技術である光リソグラフィー技術ではパターン形成が困難になり、更なる微細化に向け電子線、イオンビームなどの荷電粒子線やＸ線源等の短波長ビームを用いた露光技術が積極的に検討されている。中でも電子線描画技術は初期の点ビーム描画から、矩形ビームのサイズや形状を変化させて描画を行う可変成形描画法、続いて、パターン精度の向上や描画時間の短縮などの観点から、マスクを介してパターンの一部を部分的に一括して描画しこれを繰り返す部分一括描画法が提案され、発展が図られてきた。そして、部分一括描画法に引き続き、８年程前にＳ．Ｄ．Ｂｅｒｇｅｒらによって新しい電子投射システム（ＳＣＡＬＰＥＬシステム）が提案された。その後、同様の描画システム（ＰＲＥＶＡＩＬシステム）やこれらの描画システムに適用するための転写マスク（レチクル）構造およびその作製方法に関する提案が種々なされてきた。
【０００３】
例えば、Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒらによって発明されたＰＲＥＶＡＩＬシステムでは、概略的には各小領域に所定のサイズ、配置にて形成された貫通孔（アパーチャ）パターンを形成したステンシルマスクを用意し、前記小領域に荷電粒子線を照射し、貫通孔パターンによって成形されたビームを光学系にて感光材を形成した被露光基板上に貫通孔パターンを縮小転写するものであり、マスク上に分割形成された所定パターンを被露光基板上にて繋ぎ合わせながらデバイスパターンを形成するものである（特許文献１参照）。このシステムのために提案されている転写マスクは、パターン部が全く遮蔽されない貫通孔からなるステンシルタイプのマスクを主構造としている（特許文献２及び特許文献３参照）。ステンシルタイプのマスクでは、パターン領域を裏面側からストラット（ｓｔｒｕｔ）（桟）構造で分割、補強することによりパターン領域の撓みの低減が図られ、これによってパターン位置精度の向上等が図られている。
【０００４】
またＳＣＡＬＰＥＬシステムのためのマスク構造は主としてステンシルマスクよりも散乱マスク（レチクル）が提案されている（特許文献２参照）。これら記載によれば、マスク構造はＳｉＮ等のメンブレン（自立した薄膜）上に重金属層を形成し、この重金属層に所望のパターン形成を施したものであり、電子ビームは双方の層に照射されるが、電子線散乱体の有無により電子散乱度が異なり、この散乱度の違いを利用してウエハ上でのビームコントラストを得て、パターンの縮小転写を行う方法である。
【０００５】
これらの露光システムは荷電粒子線の特徴である高解像性を満足し、０．１μｍより微細なパターン形成を可能としており、部分一括法と比較した場合、ショットサイズの大幅な拡大（例えば、被露光基板上の最大ショットサイズが５μｍから２５０μｍへ拡大）等によりデバイスの製造におけるスループット向上が図られ（例えば、最小線幅０．０８μｍ、８インチ基板で、３０枚／時以上のスループット）、汎用デバイス生産対応も可能な装置能力を有しており、実用性の高いシステムである。
【０００６】
上記のようなリソグラフィー用マスクは、マスクパターンの位置精度が、転写パターンの重ね合わせ精度の観点より非常に重要である。特に薄膜自立膜にパターンが形成されるされる場合、その膜応力の影響で容易にパターン位置精度が低下してしまうという問題点があった。
このような問題点に関しては、薄膜自立膜の応力を引張方向で極力小さくしておき、パターン形成するための感光材（レジスト）の膜応力が小さい材料を選定することや、熱処理条件によりレジストの低応力化を図る方法が提案されている
【０００７】
（非特許文献１参照）。
【特許文献１】
特許第２８２９９４２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６１５８４号公報
【特許文献３】
特開平１０−２６０５２３号公報
【非特許文献１】
S. Tsuboi, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 35. 2845（1996）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような、薄膜自立膜の応力を引張方向で極力小さくしておき、レジストの応力を低減させる方法では、レジスト応力をゼロにすることはできないことから、解決策としては限界があった。さらに、パターンが形成される薄膜自立膜は、通常自立膜化のために最低限の引張応力を生じさせておく必要があるが、この薄膜自立膜にパターン形成することにより、膜の連続性が低減することにより、パターン形成前後で自立膜応力が変化してしまうことが避けられないという問題点があたった。そのため、高精度な位置精度（１０ｎｍ以下）を安定的に得られるようにマスクを製造することは困難であった。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度な位置精度で転写用マスクを製造することができるような転写用マスクの製造方法、及びその方法によって得られた高精度な位置精度を有する転写用マスク、並びに、高精度な位置精度で転写用マスクを製造することが可能な転写用マスク基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）裏面エッチング加工によって薄膜層を支持するための支持体を形成するための基板と、該基板上に形成されたエッチングストッパー層と、該エッチングストッパー層上に形成された薄膜層を有する基板を用意する工程と、
基板の裏面エッチング加工を行う工程と、
前記薄膜層上に、レジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層に対し所定のマスクパターンを描画・現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを用いて薄膜層にマスクパターンを形成する工程と
を有する転写用マスクの製造方法において、
前記方法は、前記レジスト層の形成前に、マスクの製造工程において発生する薄膜層の応力変化を相殺する応力制御層を前記薄膜層上に形成する工程と、
前記応力制御層を、前記マスクパターンの形成と共にエッチングする工程
とをさらに含むことを特徴とする転写用マスクの製造方法。
（構成２）薄膜層にマスクパターンを形成した後、応力制御層を除去する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の転写用マスクの製造方法。
（構成３）応力制御層が、アモルファスカーボン、ＤＬＣ、ＳｉＯ_X、ＳｉＯ_XＮ_Yから選択される材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の転写用マスクの製造方法。
（構成４）構成１〜３から選ばれる一項に記載の転写用マスクの製造方法によって製造されたことを特徴とする転写用マスク。
（構成５）薄膜層を支持するための支持体と、該支持体上に形成されたエッチングストッパー層と、該エッチングストッパー層上に形成された薄膜層を有する転写用マスク基板であって、
前記薄膜層上に、マスクの製造工程において発生する薄膜層の応力の変化を相殺する応力制御層を有することを特徴とする転写用マスク基板。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者は、転写用マスクの製造工程において発生する応力変化に注目し、転写用マスクの製造工程において発生する応力変化を相殺（補正）する応力制御膜を、レジスト層を形成する前に薄膜層上に形成することによって、転写用マスクの製造工程によって発生する応力変化を抑え、マスクパターンの位置精度を向上させることができるということを見出し、本発明に至った。
ここで、薄膜における全応力は下記の式１で示すことができる。
［式１］
全応力（Ｓ）［Ｎ・Ｍ］＝膜内部応力 (σ) ×厚さ ( t )
【００１１】
また、転写用マスクの製造工程における膜構成は、薄膜層及びレジスト層の２層であるとすると、転写用マスクの製造工程（パターン描画〜マスク完成）の全応力変化は、レジストの全応力（ＳＲ）＋薄膜層の全応力変化（ＳＣ）と見積もることができる。
従って、予め製造工程において発生する全応力変化を見積り、その応力変化を相殺するような応力を有する圧縮応力層を、応力変化に影響を及ぼすと考えられるレジスト層の形成の前に形成することによって、結果として全応力変化を抑えることができる。即ち、全応力変化が、引張応力側である場合は、応力制御層は、圧縮応力側へ作用する薄膜とする。
【００１２】
以下、図１及び図２に示される従来のステンシルマスクの製造工程図を用いて、本発明の原理を具体的に説明する。尚、図２は、図１における点線領域Ａの部分拡大図である。まず、裏面エッチング加工によって薄膜層を支持するための支持体を形成するための基板と、該基板上に形成されたエッチングストッパー層と、該エッチングストッパー層上に形成された薄膜層を有する基板１（ＳＯＩ基板等）を用意する（図１（１）及び図２（１）参照）。次に、裏面側よりエッチング加工を施して、ストラットを形成する（図１（２）及び図２（２）参照）。次に、基板表面にレジスト層３を形成する（図１（３）及び図２（３）参照）。尚、このレジスト層は、内部応力を有しており、例えば、日本ゼオン（株）社製ＺＥＰレジストで１８〜２５ＭＰａ、東京応化（株）社製ＰＨＳ系レジストで８〜１５ＭＰａである。
次に、裏面がエッチングされた薄膜エリアにアライメント調整しながらマスクパターンを描画後現像し、レジストパターン４を形成した（図１（４）及び図２（４）参照）。このレジストをエッチングマスクとして、ＳＦ₆をエッチング主ガスとしてＳｉ薄膜層をエッチングして、開口パターン５をＳｉ薄膜層６に形成した（図１（５）及び図２（５）参照）。例えば、このときのＳｉ薄膜層６のエッチング前の内部応力は、高密度パターン（密度４０％のパターンを指すこととする。以下同様。）で１０ＭＰａ、エッチング後の内部応力は４．５ＭＰａであり、応力変化は５．５ＭＰａであり、低密度パターン（密度１０％のパターンを指すこととする。以下同様。）でのＳｉ薄膜層６のエッチング前の内部応力は１０ＭＰａ、エッチング後の内部応力は７．９ＭＰａであり、応力変化は２．１ＭＰａであった。
引続き、残存したレジストパターンを剥離し（図１（６）及び図２（６）参照）、次いでエッチングストッパー７を除去してステンシルマスク８を得た（図１（７）及び図２（７）参照）。
このように、従来の方法によって得られたステンシルマスクは、図１（７）及び図２（７）中Ｂで示される薄膜層の歪み量（位置精度）が大きく、例えば、厚さ０．５μｍＺＥＰレジスト（１５ＭＰａ）のレジスト層を用い、膜厚２μｍの薄膜層に高密度パターン（密度４０％）を形成した場合の全応力変化は、（１５ＭＰａ×０．５μｍ）（ＳＲ）＋（５．５ＭＰａ×２μｍ）（ＳＣ）＝１８．５Ｎ／ｍとなる。
【００１３】
図３は、応力制御層を用いた場合（本発明）と用いない場合（従来例）について、各製造工程における応力変化を示すものである。尚、製造工程において、１：基板の状態、２：レジスト塗布およびベーク、３：レジストパターニング、４：薄膜層エッチング、５：レジスト剥離、６：エッチングストッパー除去、である。この図からわかるように、ステンシルマスクの製造工程において、上記例では１８．５Ｎ／ｍの応力変化が発生してしまうのに対し、本発明では飛躍的に改善されることがわかる。
図４は、応力制御層を用いた場合（本発明）と用いない場合（従来例）について、全応力変化に対するマスクパターンの位置づれを示したものである。この図からわかるように、本発明においては、パターンの位置づれが飛躍的に改善されることがわかる。
【００１４】
なお、応力制御層は、理想的には、全応力を完全に相殺するものであることが望ましいが、±２０％、望ましくは±１０％程度ずれていても、本発明の効果を有する。
応力制御層は、アモルファスカーボン、ＤＬＣ、ＳｉＯ_X、ＳｉＯ_XＮ_Yから選択される材料を用いることができる。このような材料の場合、応力の調整は、アモルファスカーボン、ＤＬＣのようなカーボン系の場合は、成膜条件により調整可能であり、ＳｉＯ_X、又はＳｉＯ_XＮ_Yの場合は、成膜条件の他、酸素の含有量や窒素の含有量（ＳｉＯ_Xについては、Ｘ＝１〜２、ＳｉＯ_XＮ_YについてはＸ＝０．２〜１．９、Ｙ＝０．１〜１．６）により制御可能である。
また、応力制御層は、薄膜層とレジスト層との間に形成されることから、マスクパターンの形成と共にエッチングされる、即ち、マスクパターンを形成するためのエッチングマスク層としてのレジストパターンを用いてエッチングされる。尚、ステンシルマスクを製造する場合、応力制御層は、薄膜層（シリコン）をエッチングに先だってエッチングされるので、薄膜層（シリコン）をエッチングする際のエッチングマスクとしても機能させることが可能である。その場合、応力制御層がカーボン系の場合は、同じエッチングガスを用いたドライエッチングにおいてエッチング可能であるため、同じレジストパターンで応力制御層と薄膜層を連続的にエッチングすることが可能である。応力制御層がＳｉＯ_X、又はＳｉＯ_XＮ_Yの場合は、薄膜層（Ｓｉ）のエッチングと異なるドライエッチングガスを用いることから、薄膜層（Ｓｉ）のエッチングの前にレジストパターンを除去することが、薄膜層（Ｓｉ）のエッチングの不具合を防止するという観点から好ましい。
【００１５】
また、応力制御層は、最終的には、選択的に除去されることが好ましい。除去する方法としては、例えば応力制御層がカーボン系の場合は、レジストパターンと共に、酸素を用いたアッシング等で容易に除去することができる。また、応力制御層がＳｉＯ_X、又はＳｉＯ_XＮ_Yの場合は、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）等により選択的に除去することが可能である。
本発明は、ステンシルマスクの製造に適用させることが、ステンシルマスクが歪みの影響が大きいことから、有効であると考えられるが、自立性薄膜層を用いる他の転写用マスクにも適用することは可能である。
また、本発明において用いられる、裏面エッチング加工によって薄膜層を支持するための支持体を形成するための基板と、該基板上に形成されたエッチングストッパー層と、該エッチングストッパー層上に形成された薄膜層を有する基板としては、Ｓｉ／ＳｉＯ₂／Ｓｉの構造を有する、所謂ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板や、エッチングストッパーとして、ＳｉＯ₂の代わりに、金属、金属化合物、炭素、炭素化合物等を用いたものでもよい。
また、本発明における製造方法においては、基板の裏面加工は、応力制御層形成の前、応力制御層形成後など、任意の工程で行うことが可能である。従って、本発明の転写用マスク基板は、支持体は、裏面加工をする前のもの及び裏面加工を施した後のものを含む。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明する。
図５〜図８は、実施例１〜４によるステンシルマスクの製造工程図である。尚、図５〜図８は、図２と同様の部分拡大図である。
（実施例１）
以下、実施例１を図５の製造工程図を用いて説明する。
まず、ＳＯＩ基板１を用意した（図５（１）参照）。次に、裏面側よりエッチング加工を施して、ストラットを形成した（図５（２）参照）。裏面加工のためのエッチングマスク（図示せず）レジスト、ＳｉＯ₂、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗの各種金属のほか、上述の窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ_X）、窒化タンタル（ＴａＮ_X）、窒化ジルコニウム（ＺrＮ_X）、窒化モリブデン（ＭｏＮ_X）および窒化タングステン（ＷＮ_X）などを用いることができる。裏面加工にはＳＦ₆を主エッチングガスに用い、エッチング形状制御のためにＣ_XＦ_Y系のガスを用いる。この時のガス導入は混合状態かＳＦ₆とＣ_XＦ_Yガスを交互に導入する。
次いで、Ｓｉ薄膜層６上に応力制御層９を形成した（図５（３）参照）。この応力制御膜９は、図９の表に示されるような薄膜である。尚、図９において、マイナスの応力は圧縮応力側を示すものとする。
【００１７】
次に、基板表面にレジスト層３を形成してベーキングを行った（図５（４）参照）。尚、レジスト層は、図９の表に示されるような薄膜である。
次に、裏面がエッチングされた薄膜エリアにアライメント調整しながらマスクパターンを電子線描画にて描画後現像し、レジストパターン４を形成した（図５（５）参照）。このレジストをエッチングマスクとして、ＳＦ₆をエッチング主ガスとして応力制御層９及びＳｉ薄膜層をエッチングして、開口パターン５をＳｉ薄膜層６に形成した（図５（６）（７）参照）。このときの、開口パターンの種類、薄膜層の膜厚、膜応力等については、図９に示すとおりであった。
引続き、残存したレジストパターン４を剥離、及び応力制御層９の除去を行った（図５（８）参照）。
最後に、エッチングストッパー７の除去を行い、ステンシルマスク８を得た（図５（９）参照）。
本実施例によれば、応力制御層によりマスク製造工程にて発生する応力変化量が相殺され、２．５Ｎ／ｍ以下の応力変化量が得られた。その結果、マスクパターンの位置づれが５μｍ以下のステンシルマスクが得られた。
【００１８】
（実施例２）
図６は、実施例２のステンシルマスクに係る製造工程図である。本実施例は、実施例１における応力制御層、レジスト層、開口パターンの種類、薄膜層の膜厚、膜応力等についてを、図９のように変更し、裏面加工と応力制御層形成工程を逆とした以外は、実施例１と同様に製造を行った例である。
本実施例によれば、応力制御層によりマスク製造工程にて発生する応力変化量が相殺され、１．５Ｎ／ｍ以下の応力変化量が得られた。その結果、マスクパターンの位置づれが２．５μｍ以下のステンシルマスクが得られた。
【００１９】
（実施例３）
図７は、実施例３のステンシルマスクに係る製造工程図である。本実施例は、実施例１における応力制御層、レジスト層、開口パターンの種類、薄膜層の膜厚、膜応力等についてを、図９のように変更し、さらに、応力制御層のエッチング後にレジストパターンを剥離し、しかる後にＳｉ薄膜層のエッチングを施した以外は、実施例１と同様に製造を行った例である。尚、応力制御層の材料の変更に伴ないエッチング条件については適宜選定されることは言うまでもなない。
本実施例によれば、応力制御層によりマスク製造工程にて発生する応力変化量が相殺され、０．２Ｎ／ｍ以下の応力変化量が得られた。その結果、マスクパターンの位置づれが０．４μｍ以下のステンシルマスクが得られた。
【００２０】
（実施例４）
図８は、実施例４のステンシルマスクに係る製造工程図である。本実施例は、実施例３における応力制御層、レジスト層、開口パターンの種類、薄膜層の膜厚、膜応力等についてを、図９のように変更し、裏面加工と応力制御層形成工程を逆とした以外は、実施例２と同様に製造を行った例である。
本実施例によれば、応力制御層によりマスク製造工程にて発生する応力変化量が相殺され、１．０Ｎ／ｍ以下の応力変化量が得られた。その結果、マスクパターンの位置づれが１．３μｍ以下のステンシルマスクが得られた。
【００２１】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例においては、裏面加工を応力制御膜形成前と後に行う例を示したが、これに限定されるものではない。
また、レジストの種類や膜厚についても、上記に限定されるものではない。尚、レジストについては、本発明を用いた場合であっても、低応力であることが好ましく、また膜厚も薄い方が好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の転写用マスクの製造方法によれば、転写用マスク製造工程において、レジスト層形成前に、マスク製造工程において発生する応力変化を相殺する応力制御層を形成する工程を有することから、高精度な位置精度で転写用マスクを製造することができる。また、本発明の転写用マスクによれば、そのような転写用マスクの製造方法を用いることによって高精度な位置精度を有する転写用マスクが得られる。また、本発明の転写用マスク基板によれば、高精度な位置精度で転写用マスクを製造することが可能な転写用マスク基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のステンシルマスクの製造工程図である。
【図２】従来のステンシルマスクの製造工程図である。
【図３】本発明と従来例について、各製造工程における応力変化を示す図である。
【図４】本発明と従来例について、全応力変化に対するマスクパターンの位置づれを示した図である。
【図５】実施例１に係るステンシルマスクの製造工程図である。
【図６】実施例２に係るステンシルマスクの製造工程図である。
【図７】実施例３に係るステンシルマスクの製造工程図である。
【図８】実施例４に係るステンシルマスクの製造工程図である。
【図９】実施例１〜実施例４における各膜の応力等を示す図である。
【符号の説明】
１ＳＯＩ基板
２ストラット
３レジスト層
４レジストパターン
５開口パターン
６Ｓｉ薄膜層
７エッチングストッパー
８ステンシルマスク
９応力制御層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transfer mask used in a lithography technique using a charged particle beam or the like, and more particularly to a transfer mask substrate such as a stencil mask used in a lithography technique for manufacturing a semiconductor device or the like using an electron beam, or a transfer mask. It relates to a manufacturing method of the above.
[0002]
[Prior art]
In the lithography technology for forming wiring patterns and the like, as the formation pattern becomes very fine, pattern formation becomes difficult with the conventional general-purpose optical lithography technology, and an electron beam for further miniaturization, An exposure technique using a charged particle beam such as an ion beam or a short wavelength beam such as an X-ray source has been actively studied. Among them, electron beam lithography technology is a variable shaping drawing method that performs drawing by changing the size and shape of the rectangular beam from the initial point beam drawing, followed by masks from the viewpoint of improving pattern accuracy and reducing drawing time. A partial batch drawing method has been proposed and developed, in which a part of a pattern is drawn in a batch and repeated. Then, following the partial batch drawing method, S.A. D. A new electronic projection system (SCALPEL system) was proposed by Berger et al. Thereafter, various proposals have been made regarding the same drawing system (PREVAIL system), a transfer mask (reticle) structure to be applied to these drawing systems, and a manufacturing method thereof.
[0003]
For example, H.M. C. In the PREVAIL system invented by Pfeiffer et al., A stencil mask in which a through hole (aperture) pattern formed in a predetermined size and arrangement is roughly prepared in each small region, and a charged particle beam is formed in the small region. The through-hole pattern is reduced and transferred onto an exposed substrate on which a photosensitive material is formed with an optical system, and a predetermined pattern divided on the mask is exposed. A device pattern is formed while being joined on a substrate (see Patent Document 1). The transfer mask proposed for this system has a stencil type mask composed of through holes whose pattern portions are not shielded at all (see Patent Document 2 and Patent Document 3). In the stencil type mask, the pattern area is divided and reinforced by a strut structure from the back side to reduce the bending of the pattern area, thereby improving the pattern position accuracy and the like. .
[0004]
As a mask structure for the SCALPEL system, a scattering mask (reticle) is mainly proposed rather than a stencil mask (see Patent Document 2). According to these descriptions, the mask structure is such that a heavy metal layer is formed on a membrane (self-supporting thin film) such as SiN, and a desired pattern is formed on the heavy metal layer, and both layers are irradiated with an electron beam. However, the degree of electron scattering varies depending on the presence or absence of an electron beam scatterer, and a beam contrast on the wafer is obtained by utilizing the difference in the degree of scattering, and the pattern is reduced and transferred.
[0005]
These exposure systems satisfy the high resolution characteristic of charged particle beams, enable pattern formation finer than 0.1 μm, and greatly increase the shot size (for example, The maximum shot size on the substrate to be exposed is increased from 5 μm to 250 μm), etc., thereby improving the throughput in manufacturing the device (for example, a minimum line width of 0.08 μm, an 8-inch substrate, a throughput of 30 sheets / hour or more) It is a highly practical system with equipment capability that can be used for general-purpose device production.
[0006]
In the lithography mask as described above, the positional accuracy of the mask pattern is very important from the viewpoint of the overlay accuracy of the transfer pattern. In particular, when a pattern is formed on a thin film self-supporting film, there is a problem that the pattern position accuracy is easily lowered due to the influence of the film stress.
Regarding such problems, the stress of the thin film self-supporting film should be as small as possible in the tensile direction, and a material with a small film stress of the photosensitive material (resist) for pattern formation can be selected. A method for reducing the stress has been proposed. [0007]
(Refer nonpatent literature 1).
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2829942 [Patent Document 2]
JP-A-10-261484 [Patent Document 3]
JP-A-10-260523 [Non-patent Document 1]
S. Tsuboi, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 35. 2845 (1996)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of reducing the stress of the resist by reducing the stress of the thin film free-standing film as much as possible in the tensile direction as described above cannot reduce the resist stress to zero, so there is a limit as a solution. It was. Furthermore, the thin film free-standing film on which the pattern is formed usually needs to generate a minimum tensile stress in order to make the self-supporting film. However, by forming a pattern on this thin film free-standing film, the continuity of the film is improved. As a result of the reduction, the self-supporting film stress is inevitably changed before and after pattern formation. For this reason, it has been difficult to manufacture a mask so as to stably obtain high positional accuracy (10 nm or less).
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is obtained by a transfer mask manufacturing method capable of manufacturing a transfer mask with high-precision positional accuracy, and the method. It is an object of the present invention to provide a transfer mask having high positional accuracy and a transfer mask substrate capable of manufacturing the transfer mask with high positional accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration.
(Configuration 1) having a substrate for forming a support for supporting the thin film layer by back surface etching, an etching stopper layer formed on the substrate, and a thin film layer formed on the etching stopper layer Preparing a substrate;
A step of etching the back surface of the substrate;
Forming a resist layer on the thin film layer;
Drawing and developing a predetermined mask pattern on the resist layer to form a resist pattern;
In the manufacturing method of the transfer mask which has the process of forming a mask pattern in a thin film layer using the resist pattern,
The method includes a step of forming a stress control layer on the thin film layer that cancels a stress change of the thin film layer generated in a mask manufacturing process before forming the resist layer;
And a step of etching the stress control layer together with the formation of the mask pattern.
(Structure 2) The method for producing a transfer mask according to claim 1, further comprising a step of removing the stress control layer after forming a mask pattern on the thin film layer.
(Structure 3) The method for producing a transfer mask according to claim 1 or 2, wherein the stress control layer is made of a material selected from amorphous carbon, DLC, SiO _x , and SiO _x N _y .
(Structure 4) A transfer mask manufactured by the method for manufacturing a transfer mask according to one item selected from Structures 1 to 3.
(Configuration 5) A transfer mask substrate having a support for supporting a thin film layer, an etching stopper layer formed on the support, and a thin film layer formed on the etching stopper layer,
A transfer mask substrate comprising a stress control layer on the thin film layer that cancels out a change in stress of the thin film layer that occurs in a mask manufacturing process.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The inventor pays attention to the stress change generated in the transfer mask manufacturing process, and the stress control film for canceling (correcting) the stress change generated in the transfer mask manufacturing process is formed before the resist layer is formed. It has been found that by forming on the layer, it is possible to suppress the stress change caused by the manufacturing process of the transfer mask and improve the positional accuracy of the mask pattern, and the present invention has been achieved.
Here, the total stress in the thin film can be expressed by Equation 1 below.
[Formula 1]
Total stress (S) [N · M] = Internal stress (σ) × Thickness (t)
[0011]
Further, assuming that the film configuration in the transfer mask manufacturing process is a thin film layer and a resist layer, the total stress change in the transfer mask manufacturing process (pattern drawing to mask completion) is the total stress of the resist ( SR) + total stress change (SC) of the thin film layer.
Therefore, by estimating the total stress change that occurs in the manufacturing process in advance and forming a compressive stress layer having a stress that can cancel the stress change, before forming the resist layer that is thought to affect the stress change. As a result, the total stress change can be suppressed. That is, when the total stress change is on the tensile stress side, the stress control layer is a thin film acting on the compressive stress side.
[0012]
Hereinafter, the principle of the present invention will be described in detail with reference to the manufacturing steps of the conventional stencil mask shown in FIGS. 2 is a partially enlarged view of a dotted line area A in FIG. First, a substrate 1 having a substrate for forming a support for supporting a thin film layer by back surface etching, an etching stopper layer formed on the substrate, and a thin film layer formed on the etching stopper layer (Such as an SOI substrate) is prepared (see FIGS. 1A and 2A). Next, etching is performed from the back side to form struts (see FIGS. 1 (2) and 2 (2)). Next, a resist layer 3 is formed on the substrate surface (see FIGS. 1 (3) and 2 (3)). This resist layer has internal stress, and is, for example, 18-25 MPa for ZEP resist manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., and 8-15 MPa for PHS resist manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
Next, a mask pattern was drawn and developed while adjusting the alignment in the thin film area where the back surface was etched, and a resist pattern 4 was formed (see FIGS. 1 (4) and 2 (4)). Using this resist as an etching mask, the Si thin film layer was etched using SF ₆ as an etching main gas to form an opening pattern 5 in the Si thin film layer 6 (see FIGS. 1 (5) and 2 (5)). For example, the internal stress before etching of the Si thin film layer 6 at this time is 10 MPa for a high-density pattern (a pattern having a density of 40%; the same applies hereinafter), and the internal stress after etching is 4.5 MPa. The stress change is 5.5 MPa, the internal stress before etching of the Si thin film layer 6 in a low density pattern (referring to a pattern with a density of 10%, and so on) is 10 MPa, and the internal stress after etching is The stress change was 2.1 MPa.
Subsequently, the remaining resist pattern was peeled off (see FIGS. 1 (6) and 2 (6)), and then the etching stopper 7 was removed to obtain a stencil mask 8 (FIGS. 1 (7) and 2 (7)). reference).
As described above, the stencil mask obtained by the conventional method has a large amount of distortion (positional accuracy) of the thin film layer indicated by B in FIGS. 1 (7) and 2 (7), for example, a thickness of 0.5 μm ZEP. When a resist layer of resist (15 MPa) is used and a high-density pattern (density 40%) is formed on a thin film layer having a thickness of 2 μm, the total stress change is (15 MPa × 0.5 μm) (SR) + (5.5 MPa × 2 μm) (SC) = 18.5 N / m
[0013]
FIG. 3 shows the stress change in each manufacturing process when the stress control layer is used (the present invention) and when it is not used (conventional example). In the manufacturing process, 1: substrate state, 2: resist application and baking, 3: resist patterning, 4: thin film layer etching, 5: resist peeling, and 6: etching stopper removal. As can be seen from this figure, in the stencil mask manufacturing process, a stress change of 18.5 N / m occurs in the above example, whereas in the present invention, it can be seen that it is drastically improved.
FIG. 4 shows the positioning of the mask pattern with respect to the total stress change when the stress control layer is used (the present invention) and when it is not used (conventional example). As can be seen from this figure, in the present invention, it is understood that the pattern positioning is remarkably improved.
[0014]
Ideally, it is desirable that the stress control layer completely cancels out the total stress. However, even if the stress control layer is shifted by ± 20%, preferably ± 10%, the effect of the present invention is obtained.
For the stress control layer, a material selected from amorphous carbon, DLC, SiO _x , and SiO _x N _y can be used. In the case of such a material, the stress can be adjusted depending on the film formation conditions in the case of carbon-based materials such as amorphous carbon and DLC, and in the case of SiO _x or SiO _x N _y , the film formation conditions can be adjusted. other content of the content and nitrogen oxygen (for SiO _X is, X = 1 to 2, for _{_{SiO X N Y X = 0.2~1.9,}} Y = 0.1~1.6) by It can be controlled.
Further, since the stress control layer is formed between the thin film layer and the resist layer, it is etched together with the formation of the mask pattern, that is, using the resist pattern as an etching mask layer for forming the mask pattern. Etched. When the stencil mask is manufactured, the stress control layer is etched prior to the etching of the thin film layer (silicon), and thus can function as an etching mask when the thin film layer (silicon) is etched. In that case, when the stress control layer is carbon-based, it can be etched by dry etching using the same etching gas, so that the stress control layer and the thin film layer can be continuously etched with the same resist pattern. When the stress control layer is SiO _x or SiO _x N _y, a dry etching gas different from the etching of the thin film layer (Si) is used, so that the resist pattern can be removed before the etching of the thin film layer (Si). From the viewpoint of preventing problems in etching the thin film layer (Si).
[0015]
The stress control layer is preferably selectively removed finally. As a removing method, for example, when the stress control layer is made of carbon, it can be easily removed together with the resist pattern by ashing using oxygen or the like. Further, the stress control layer in the case of SiO _X, or SiO _X N _Y, it is possible to selectively removed by buffered hydrofluoric acid (BHF) or the like.
Although the present invention is considered to be effective when applied to the manufacture of a stencil mask because the stencil mask has a large influence of distortion, it can be applied to other transfer masks using a self-supporting thin film layer. Is possible.
Further, a substrate for forming a support for supporting the thin film layer by back surface etching used in the present invention, an etching stopper layer formed on the substrate, and formed on the etching stopper layer As a substrate having a thin film layer, a so-called SOI (Silicon On Insulator) substrate having a Si / SiO ₂ / Si structure, and as an etching stopper, instead of SiO ₂ , a metal, a metal compound, carbon, a carbon compound, or the like is used. The one used may be used.
In the manufacturing method according to the present invention, the back surface processing of the substrate can be performed in an arbitrary process such as before the stress control layer is formed or after the stress control layer is formed. Accordingly, in the transfer mask substrate of the present invention, the support includes those before the back surface processing and those after the back surface processing.
[0016]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
FIGS. 5-8 is a manufacturing-process figure of the stencil mask by Examples 1-4. 5 to 8 are partially enlarged views similar to FIG.
Example 1
Hereinafter, Example 1 is demonstrated using the manufacturing-process figure of FIG.
First, an SOI substrate 1 was prepared (see FIG. 5A). Next, etching was applied from the back side to form struts (see FIG. 5 (2)). Etching mask (not shown) resist for the backside _{processing, SiO 2, Cr, Ti,} Ta, Zr, Mo, other various metals W, the above-described chromium nitride (CrN), titanium nitride (TiN _X), nitride Tantalum (TaN _x ), zirconium nitride (ZrN _x ), molybdenum nitride (MoN _x ), tungsten nitride (WN _x ), or the like can be used. SF ₆ is used as the main etching gas for the back surface processing, and C _X F _Y- based gas is used for controlling the etching shape. At this time, the gas is introduced in a mixed state or SF ₆ and C _X F _Y gases are introduced alternately.
Next, a stress control layer 9 was formed on the Si thin film layer 6 (see FIG. 5 (3)). The stress control film 9 is a thin film as shown in the table of FIG. In FIG. 9, the negative stress indicates the compressive stress side.
[0017]
Next, a resist layer 3 was formed on the substrate surface and baked (see FIG. 5 (4)). The resist layer is a thin film as shown in the table of FIG.
Next, the resist pattern 4 was formed by drawing and developing the mask pattern by electron beam drawing while adjusting the alignment in the thin film area where the back surface was etched (see FIG. 5 (5)). Using this resist as an etching mask, the stress control layer 9 and the Si thin film layer were etched using SF ₆ as an etching main gas to form an opening pattern 5 in the Si thin film layer 6 (see FIGS. 5 (6) and 7). At this time, the kind of the opening pattern, the film thickness of the thin film layer, the film stress, and the like were as shown in FIG.
Subsequently, the remaining resist pattern 4 was peeled off and the stress control layer 9 was removed (see FIG. 5 (8)).
Finally, the etching stopper 7 was removed to obtain a stencil mask 8 (see FIG. 5 (9)).
According to this example, the stress change amount generated in the mask manufacturing process was canceled by the stress control layer, and a stress change amount of 2.5 N / m or less was obtained. As a result, a stencil mask with a mask pattern positioning of 5 μm or less was obtained.
[0018]
(Example 2)
6 is a manufacturing process diagram according to the stencil mask of Example 2. FIG. In this example, the stress control layer, the resist layer, the type of opening pattern, the film thickness of the thin film layer, the film stress, etc. in Example 1 are changed as shown in FIG. This example is the same as in Example 1 except that the reverse is true.
According to this example, the stress change amount generated in the mask manufacturing process was canceled by the stress control layer, and a stress change amount of 1.5 N / m or less was obtained. As a result, a stencil mask with a mask pattern positioning of 2.5 μm or less was obtained.
[0019]
(Example 3)
FIG. 7 is a manufacturing process diagram according to the stencil mask of the third embodiment. In this embodiment, the stress control layer, the resist layer, the type of opening pattern, the film thickness of the thin film layer, the film stress, etc. in Embodiment 1 are changed as shown in FIG. This is an example of manufacturing in the same manner as in Example 1 except that the pattern was peeled off and then the Si thin film layer was etched. Needless to say, the etching conditions are appropriately selected as the stress control layer material is changed.
According to this example, the stress change amount generated in the mask manufacturing process was canceled by the stress control layer, and a stress change amount of 0.2 N / m or less was obtained. As a result, a stencil mask with a mask pattern positioning of 0.4 μm or less was obtained.
[0020]
(Example 4)
FIG. 8 is a manufacturing process diagram according to the stencil mask of the fourth embodiment. In this example, the stress control layer, resist layer, type of opening pattern, film thickness of the thin film layer, film stress, etc. in Example 3 are changed as shown in FIG. This example is the same as in Example 2 except that the above is reversed.
According to this example, the stress change amount generated in the mask manufacturing process was canceled by the stress control layer, and a stress change amount of 1.0 N / m or less was obtained. As a result, a stencil mask with a mask pattern positioning of 1.3 μm or less was obtained.
[0021]
In addition, this invention is not limited to the said Example.
In the said Example, although the example which performs back surface processing before and after stress control film formation was shown, it is not limited to this.
Further, the resist type and film thickness are not limited to the above. Note that the resist is preferably low stress even when the present invention is used, and a thinner film thickness is more preferable.
[0022]
【The invention's effect】
According to the transfer mask manufacturing method of the present invention, the transfer mask manufacturing process includes the step of forming a stress control layer that cancels the stress change generated in the mask manufacturing process before forming the resist layer. A transfer mask can be manufactured with high positional accuracy. Further, according to the transfer mask of the present invention, a transfer mask having high positional accuracy can be obtained by using such a method for manufacturing a transfer mask. In addition, according to the transfer mask substrate of the present invention, it is possible to provide a transfer mask substrate capable of manufacturing a transfer mask with high accuracy in position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a conventional stencil mask.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a conventional stencil mask.
FIG. 3 is a diagram showing a stress change in each manufacturing process for the present invention and a conventional example.
FIG. 4 is a diagram showing the positioning of a mask pattern with respect to a total stress change in the present invention and a conventional example.
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the stencil mask according to the first embodiment.
6 is a manufacturing process diagram of a stencil mask according to Embodiment 2. FIG.
7 is a manufacturing process diagram of a stencil mask according to Embodiment 3. FIG.
8 is a manufacturing process diagram of a stencil mask according to Example 4. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing stress and the like of each film in Examples 1 to 4.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SOI substrate 2 Strut 3 Resist layer 4 Resist pattern 5 Opening pattern 6 Si thin film layer 7 Etching stopper 8 Stencil mask 9 Stress control layer

Claims

With a thin film having a substrate for forming a support for supporting the thin film layer by back surface etching, an etching stopper layer formed on the substrate, and a thin film layer formed on the etching stopper layer Preparing a substrate;
Performing a back surface etching process of the substrate with the thin film;
Forming a resist layer on the thin film layer;
A step of exposing and developing a predetermined mask pattern to the resist layer to form a resist pattern;
Forming a mask pattern in the thin film layer by etching using the resist pattern ;
And a method of manufacturing a transfer mask, including the step of removing the resist pattern ,
The method includes forming a stress control layer on the thin film layer before forming the resist layer;
The stress control layer further look including the step of etching with the formation of the mask pattern,
The stress control layer cancels a stress change generated in the mask by the resist pattern forming step, the mask pattern forming step, and the resist pattern removing step from the state where the resist is applied. A method for producing a transfer mask, which is characterized.

2. The method for manufacturing a transfer mask according to claim 1, further comprising a step of removing the stress control layer after forming a mask pattern on the thin film layer.

The method for manufacturing a transfer mask according to claim 1 or 2, wherein the stress control layer is made of a material selected from amorphous carbon, DLC, SiO _X , and SiO _X N _Y.

A support for supporting the thin film layer, an etching stopper layer formed on the support,
A transfer mask substrate having a thin film layer formed on the etching stopper layer,
Performing back surface etching of the transfer mask substrate having the thin film layer,
Forming a resist layer on the thin film layer;
A resist pattern is formed by exposing and developing a predetermined mask pattern to the resist layer,
A mask pattern is formed on the thin film layer by etching using the resist pattern,
In a transfer mask substrate for making a transfer mask using the step of removing the resist pattern,
A stress control layer that cancels a change in stress generated in the resist pattern forming step, the mask pattern forming step, and the resist pattern removing step from a state where a resist is applied ,
A transfer mask substrate comprising: a stress control layer formed on the thin film layer and etched together with the formation of the mask pattern before the formation of the resist layer .